(57)【要約】【課題】  投射型映像表示装置において、高照度や高輝度を確保するためには楕円リフレクタ等の光学部材を高精度に位置合わせする必要があるがコスト高を招くと云う問題がある。【解決手段】  投射型映像表示装置の照明光学系を、入射端と出射端の両端を囲む面で光を反射させることにより、前記出射端からの出射光の照度分布を略均一にする光伝達手段を含んで構成する。そして、この光伝達手段の入射端の開口より大きい開口を有する薄板状素子をその入射端の外側に配置するように構成する。【選択図】  図１
2006017972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する光源ユニットと，
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記光源ユニットからの光を前記映像表示素子に照射させる照明光学系と、
前記映像表示素子からの光学像を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
前記照明光学系は、入射端と出射端の両端を囲む面で光を反射させることにより、前記出射端からの出射光の照度分布を略均一にする光伝達手段を含んで構成され、
前記光伝達手段の入射端の開口より大きい開口を有する薄板状素子を前記入射端の外側に配置するようにしたことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
光を放射する光源ユニットと，
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記光源ユニットからの光を前記映像表示素子に照射させる照明光学系と、
前記映像表示素子からの光学像を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
前記照明光学系は、略楕円偏光を略直線偏光を変換する偏光変換素子を含んで構成され、
前記偏光変換素子の入射側に前記偏光変換素子の入射開口より大きい開口を有する薄板状素子を配置するようにしたことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項３】
光を放射する光源ユニットと，
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記光源ユニットからの光を前記映像表示素子に照射させる照明光学系と、
前記映像表示素子からの光学像を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
前記照明光学系は、入射端と出射端の両端を囲む面で光を反射させることにより、前記出射端からの出射光の照度分布を略均一にする光伝達手段を含んで構成され、
前記光伝達手段の出射端の開口より大きい開口を有する薄板状素子を前記出射端の外側に配置するようにしたことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項４】
前記光源ユニットは楕円リフレクタを含んで構成され、前記薄板状素子を前記楕円リフレクタの集光位置の近傍に配置することを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れか一項に記載の投射型映像表示装置。
【請求項５】
前記薄板状素子と前記光伝達手段は接着固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の何れか一項に投射型映像表示装置。
【請求項６】
前記薄板状素子は略透明であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の投射型映像表示装置。
【請求項７】
前記薄板状素子は、前記光伝達手段の硝材の屈折率より大きい屈折率を有する硝材で構成したことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の何れか一項に投射型映像表示装置。
【請求項８】
前記光伝達手段の出射側に出射端の開口より大きい開口を有する薄板状素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型液晶パネルあるいは反射型映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型ディスプレイ装置等の投射型映像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からの投射型映像表示装置の構成として、偏光変換素子とライトパイプを組み合わせて用いた投射型映像表示装置が下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
投射型映像表示装置において、低コスト化が重要な課題である。スクリーンに投影される画像の照度を均一にする技術として直方体状のガラスであるライトパイプを用いる方法がある。このライトパイプを楕円リフレクタの直後に配置する。ライトパイプに入射した光線がその側面で反射を繰り返すことにより、出射端では、照度が略均一な光となって出射される。この出射端の像を、映像表示素子へ結像レンズ群で結像することにより、映像表示素子、ひいては、スクリーン上に略均一な照度にて映像が拡大投射される。
【０００５】
ここで、スクリーンに投影される照度は高い方が望ましい。そのためには、楕円リフレクタからの光を効率よく、ライトパイプに取込む必要がある。そこで、楕円リフレクタの焦点位置にて、光源像は最も小さくなるので、楕円リフレクタの焦点位置とライトパイプの入射端の位置を略同一となるように、各部品を配置保持する必要がある。
【０００６】
コストの問題で、量産時に、楕円リフレクタやライトパイプの位置を調整するのは困難であり、お互いの位置の精度は、楕円リフレクタ、ライトパイプ及び前記２品の保持部材の外形寸法の公差に依存することになる。精度良く位置合わせを行うには、公差を厳しくすればよいが、公差を厳しくするほど、歩留まりが劣化し、コストアップにつながる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、光を放射する光源ユニットと，
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、照明光学系が、入射端と出射端を有し、その両端を囲む面で光を反射させることにより、出射端での照度分布を略均一にする光伝達手段を有し、その入射側に前記光伝達手段の入射端の開口より大きい開口を有する薄板状素子を配置する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、投射型映像表示装置の低コスト化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明における一実施例の構成図である。
【００１１】
投射型映像表示装置には光源１ａを有する光源ユニット１がある。楕円リフレクタ２により集光された光は、回転ホイール１０に入射する。反射型マイクロミラー型映像表示素子１３ｍに、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を順次照射するために、回転ホイール１０を用いている。回転ホイールは、薄板の円板であり、ここでは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各光を透過するコーティング設けた円弧の板を接合して作成している。中央にモーター１０ａが設けてあり、これにより回転させている。回転に伴い、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を順次、出射する。回転ホイール１０を透過した出射光は、薄板状の入射側透明板６に入射する。この入射側透明板６は、直方体状のガラス材であるライトパイプ５に接着剤で接着されている。入射側透明板の出射開口６ａは、これにて、光が損失しないように、ライトパイプの入射開口５ａより、大きくしてある。
【００１２】
ライトパイプの全面は、研磨されており、入射面と出射面を囲む４つの側面にて光は全反射する構成であり、それにより、出射端にて、照度を略均一にすることができる。また、入射側透明板６の入射面には、反射防止膜が蒸着されている。
【００１３】
ここで、図２（ａ）と図２（ｂ）に、ライトパイプ近傍の模式図を示す。図２（ａ）が、本発明の薄板状の入射側透明板６及び出射側透明板７がある場合であり、図２（ｂ）がこれのない場合である。図２（ａ）に示すように、薄板状の入射側透明板６を配置した場合、硝材内部では屈折率が空気中より高いために、光線角度は空気中より緩やかになる。これは、楕円リフレクタの焦点位置に、ライトパイプの入射端を配置しようとする場合、その最適位置からのずれに対して、ライトパイプの取込光量の劣化の感度がより少ないことを示す。即ち、その分、公差を緩和しても、量産品の照度の量産バラツキは、略同等以内に収まり、これにより、性能同等で、低コスト化できる。
【００１４】
ここで、入射側透明板の硝材を、ライトパイプの硝材より屈折率の高いものを選択することにより、より、光線を緩やかにできるために、公差をより緩和でき、より低コスト化できる。
【００１５】
ライトパイプの出射側にも、薄板状の透明な硝材である出射側透明板７を接着してある。出射側透明板の開口７ｂは、これにて、光が損失しないように、ライトパイプの出射開口５ｂより、大きくしてある。ライトパイプ出射端に形成される、略均一な照度である像は、結像レンズ群にて、反射型マイクロミラー型映像表示素子１３ｍへ、結像される。これにより、表示素子上にても、略均一な照度分布が得られる。このためには、ライトパイプ、表示素子、結像レンズ群が所定の位置に配置されてある必要があり、これからずれると、その分、表示素子上の照度分布も均一でなくなる。よって、量産においては、これら３部品とこれらの保持部材の公差を管理することにより、ずれを抑制し、均一な照度分布を保つ必要がある。出射側透明板にても、屈折率差のために、空気中より光線角度が緩やかになるために、位置のずれの公差に対する、照度分布の均一性の劣化の感度も緩和される。即ち、本発明の構成により、公差を緩和しても、同等の照度分布の均一性を確保できる。よって、これにて、公差を緩和し、低コスト化できる。
【００１６】
また、ライトパイプの場合、そのいずれの面も光路であるため、これを直接、保持することにより、運搬時の衝撃などにより、ライトパイプに傷の発生や破損が起こり、光量の損失や光学性能の劣化が発生することがある。本発明のように、ライトパイプの入射開口５ａ及び出射開口５ｂより、それぞれ、入射透明板の出射開口６ａ及び出射透明板の入射開口７ｂを大きくすることにより、これら、２部品の光路ではない部分を保持部材８にて、保持することを可能にしている。これにより、上記光量の損失や光学性能の劣化を避けることができる。
【００１７】
また、ライトパイプは、４つのミラーを、反射面を内側にして、貼り合わせて作成したミラーパイプを用いても、前記入射側透明板、出射側透明板と組み合わせることにより、同様の効果が得られる。
【００１８】
光は、ライトパイプ５を透過して、結像レンズ４３ａを介し、反射ミラー１６で反射後、結像レンズ４３ｂを経て、ＴＩＲプリズム４１に入射される。ＴＩＲプリズム内の全反射面にて、反射された光は反射型のマイクロミラー型映像表示素子１３ｍに入射される。
前記表示素子１３ｍには画素単位の小さい鏡が設けられており、電圧を印加することによって、この鏡を略３０度回転させることができる。ＯＮ光の時は投射レンズ１２の光軸方向に出射させ、ＯＦＦ光は、各画素が具備するミラーを略３０度回転させて、反射方向を変えて、投射レンズ１２ではない方向に出射する。投射スクリーンに黒を出したいときには、ＯＦＦ光とする。投射スクリーンに白又その他の色を出したいときはＯＮ光とする。灰色にする場合には、ＯＮ光の時間と、ＯＦＦ光の時間を変えて明るさの階調を制御することができる。
【実施例２】
【００１９】
図３は、本発明における他の実施例の構成図であり、ライトバルブとして反射型映像表示素子１３を１枚用いた投射型映像表示装置を示している。投射型映像表示装置には光源１ａを有する光源ユニット１があり、光源１ａは、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源１ａからの発熱により、光源１ａ及びリフレクタ２は、高温となるため、後方に配置した冷却ファン（図示せず）により、これを冷却している。光源１ａの電球から放射される光は楕円面のリフレクタ２にて反射されて集光される。本実施例では楕円リフレクタ２により集光され、薄板状の入射側透明板６に、集光した光が入射する。
【００２０】
ここでは、薄板状の入射側透明板６を、偏光変換素子３の入射側に設けてある。本構成では、この偏光変換素子３の入射端に楕円リフレクタの略焦点位置を合わせる必要があり、両者の位置がずれると、その分、光の損失が増える。よって、その入射端側に薄板状の入射側透明板６を配置し、これにより、偏光変換素子の入射側での光線角度を緩やかにして、公差による光量の劣化の感度を低くできる。これにより、公差を緩和できるので、低コスト化できる。入射側透明板の開口６ａは、これにて、光が損失しないように、偏光変換素子の入射開口３ａより、大きくしてある。
【００２１】
入射側透明板を透過した光は、偏光変換素子３に入射する。偏光変換素子３として、偏光分離素子３ｂと１／２波長位相差板３ｃと反射ミラー３ｄを組み合わせたものを用いている。偏光分離素子３ｂとして、回折効果によりＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する反射型偏光板を用いる。ここでは、Ｓ偏光は偏光分離素子３ｂにて反射されて、ライトパイプ５に入射する。Ｐ偏光は偏光分離素子３ｂを透過し、１／２波長位相差板３ｃを透過してＳ偏光に変換されて後、反射ミラー３ｄにて反射されて、ライトパイプ５に入射する。本構成により、偏光変換素子の中で９０度、光路を折り曲げる機能を有するために、セットサイズを小型化できる。
【００２２】
偏光変換素子３を保持する近傍の壁面も反射ミラーで構成されるため、偏光変換素子を保持する機能と同時に、照度を均一化する機能も有している。これにより、照度を均一にする効果を持つ部分の長さが長くなるため、照度をより均一にできる。あるいは、同程度の照度均一性を得るライトパイプに比較して、長さを短くでき、より装置を小型化できる。
【００２３】
ライトパイプ５は、反射型映像表示素子１３と略同一、あるいは、それより少し大きな出射開口を有していて、ライトパイプ５からの出射光をＰＢＳを介して映像表示素子に投影する。
【００２４】
その出射側に入射偏光板１４を配置して、偏光度を向上させてから、電子的色分離手段１１に入射する。
【００２５】
電子的色分離手段１１は、各色用のＲ偏光回転制御素子、Ｇ偏光回転制御素子、Ｂ偏光回転制御素子を有し、偏光回転制御素子は、これに電圧を印加しないと、特定波長域の光の偏光軸が変換され、電圧を印加すると光の偏光軸が変換されずにそのまま出射される。これにより、電子的色分離手段１１はＲ、Ｇ、Ｂと順次、各色の偏光を変換する。ここでは、電子的色分離手段１１にＳ偏光で入射するので、ＧとＢを、次のタイミングにＢとＲ、次のタイミングにＲとＧをＰ偏光に変換して出射する。本構成により、出射側に配置された偏光ビームスプリッター１９により、Ｐ偏光は透過し、Ｓ偏光は反射型映像表示素子側へ反射されるので、反射型映像表示素子側へはＲ、Ｇ、Ｂの順で出射される。この色光の照射のタイミングに合わせて、反射型映像表示素子１３で各色用の映像を表示する。この各色光の切替のタイミングは１８０Hz以上と速いので、スクリーン（図示せず）上に投射される映像は、人間の目には、３色の映像が合成されたものとして表示される。
【００２６】
入射光が、偏光分離素子にて透過した方向に反射型液晶表示素子１３を配置している。前記表示素子１３は、表示する画素に対応する（例えば横１３６５画素縦７６８画素）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、表示素子１３の各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光がＰＢＳ１９にて検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、ＰＢＳ１９の偏光度との関係で、ＰＢＳ１９にて検光される量が決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った映像を表示する。この時、前記表示素子１３が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と略同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。前記表示素子１３では、照射される色光に応じた映像が順次、表示される。即ち、Ｒ光の時はＲの映像情報が、Ｂ光の時はＢの映像情報が、Ｇ光の時はＧの映像情報が表示される。
【００２７】
前記表示素子１３の直前に、コントラストを改善するために、１／４波長位相差板２３を回転調整可能な状態で配した。ＰＢＳ１９を透過した光は、例えばズームレンズであるような投射レンズ１２を通過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ１２により、反射型映像表示素子１３に形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。
【００２８】
以上説明したように、照明光学系が入射端と出射端を有し、その両端を囲む面で光を反射させることにより、出射端での照度分布を略均一にする光伝達手段を有し、その入射側に前記光伝達手段の開口より、さらに、大きな開口を有する薄板状素子を配置することにより、この入射側透明板内にて、硝材内部であるため、これがない場合に比べ、光線角度が緩やかになり、取込み量が多く公差を緩和でき低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図２】本発明に用いる薄板状の入射側透明板とライトパイプ近傍の構成図である。
【図３】本発明の第２番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…光源ユニット、１ａ…光源，２…リフレクタ、３…偏光変換素子、３ａ…偏光変換素子の入射開口、偏光分離素子、３ｂ…偏光分離素子、３ｃ…１／２波長位相差板、３ｄ…反射ミラー、５…ライトパイプ、５ａ…ライトパイプの入射開口、５ｂ…ライトパイプの出射開口、６…入射側透明板、６ａ…入射側透明板の出射開口、７…出射側透明板、７ｂ…出射側透明板の入射開口、８…保持部材、９…光線、１０…カラーホイール、１１…電子的色分離手段、１２…投射レンズ、１３…反射型映像表示素子、１３ｍ…反射型マイクロミラー型映像表示素子、１４…入射偏光板、１６…反射ミラー、１９…偏光分離素子、１９ａ…偏光分離膜、２２…投射型映像表示装置、２３…１／４波長位相差板、４１…ＴＩＲプリズム、４３…結像レンズ群。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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